[發明專利]一種無盲區脈沖相干測風激光雷達系統

有效

• 申請號: 202010430504.2
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111398993B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 王希濤;秦勝光;吳松華;李榮忠
• 申請（專利權）人: 青島鐳測創芯科技有限公司
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01S7/481
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 巴翠昆

本申請公開了一種無盲區脈沖相干測風激光雷達系統，包括：激光發射裝置，用于發射激光信號；遠距離測量傳輸模塊，用于將激光信號經過反射鏡的中間通孔傳輸至非球透鏡；非球透鏡，用于將激光信號進行整形，并發射至大氣；反射鏡，用于將由激光雷達光學收發裝置耦合接收的大氣后向散射激光信號分為經過中間通孔的遠距離測量通道信號和經過環形界面反射的近距離測量通道信號；遠距離測量傳輸模塊，還用于將遠距離測量通道信號輸出；近距離測量傳輸模塊，用于將近距離測量通道信號輸出；采集器，用于同時對遠距離測量通道信號和近距離測量通道信號進行采集處理。這樣可以同時測量遠距離和近距離的風場，實現脈沖相干測風激光雷達的無盲區測量。

技術領域

本發明涉及激光雷達探測大氣領域，特別是涉及一種無盲區脈沖相干測風激光雷達系統。

背景技術

大氣風場是氣象探測中的重要觀測參數，在天氣、環境、交通、航空、海洋等許多領域都有著重要作用。氣象探測中，提供風場的精確信息，有助于提高天氣預報的精度；飛機起降過程中，提供低空風切變預警，可以保障航空飛行安全；風力發電中，精確測量來流風速并反饋風機控制系統，可以提高風機的發電效率，降低風機運行故障。

現有的測風手段多為風向標測風、微波雷達測風和測風激光雷達。其中，風向標的測量只能測量近地面的局部風速，限制較大，無法獲得大氣風場的信息；微波雷達測風需要在云、霧較多的情況下才能取得良好效果，晴空下測量能力較差，而且觀測結果的時間分辨率和空間分辨率較差；而測風激光雷達利用大氣分子和氣溶膠的散射，因此可以在晴空下正常測量，并且具有很高的時間和空間分辨率。

目前，商業應用最廣的測風激光雷達是相干體制的測風激光雷達，相干測風激光雷達直接測量風速的變化，具有測量精度高，實時性好的優點。相干測風激光雷達主要有連續波相干測風激光雷達和脈沖相干測風激光雷達，其中，連續波相干測風激光雷達適用于短距離的測量，一般的探測距離在10m至200m，脈沖相干測風激光雷達適用于遠距離的測量，一般的測量距離在80m至5000m。當前越來越多的場合需要同時兼顧近距離和遠距離的探測設備，同時滿足10m至5000m的量程范圍。由于連續波相干激光雷達采用連續發射的激光光源，通過改變光學聚焦位置實現距離的分辨，隨著聚焦位置的變遠，聚焦光束的焦深變大，出現距離分辨的模糊，導致連續波相干測風激光雷達在遠距離技術上無法實現聚焦，因此技術體制上的瓶頸使它僅限于近距離的測量。而脈沖相干測風激光雷達采用脈沖調制的激光光源，由于激光脈沖的時間寬度較短，可以不通過光學聚焦直接實現探測距離的分辨，不存在遠距離聚焦的技術瓶頸，但是由于激光發射脈寬時間寬度內存在近距離的探測盲區，脈沖相干測風激光雷達往往適用于遠距離探測。

如圖1所示，脈沖相干測風雷達一般采用收發一體的光學系統，激光源01發射的激光經過光路切換開關02實現激光器輸出光纖03和發射光纖04的接通，發射光纖04將激光發射至大氣中，同時發射光纖04接收大氣返回的激光信號，光路切換開關02實現發射光纖04和探測器光纖05的接通，作為系統的接收光路，但是由于輸出光纖03往大氣輻射的末端存在介質面，一小部分的激光脈沖沒有發射至大氣中而是經發射光纖04末端端面反射至接收光路，由于發射激光的脈沖寬度時間為T，因此在距離雷達L＝C*T/2的距離內大氣實際的回波信號會受到光纖端面返回信號的干擾，無法正常的測量大氣風速，造成近場的探測盲區。

因此，如何使脈沖相干測風激光雷達突破近距離的探測盲區，是本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種無盲區脈沖相干測風激光雷達系統，可以實現雷達近距離和遠距離的同時測量，展寬脈沖相干測風激光雷達的量程。其具體方案如下：

一種無盲區脈沖相干測風激光雷達系統，包括：激光發射裝置、遠距離測量傳輸模塊、具有中間通孔的反射鏡、非球透鏡、近距離測量傳輸模塊和采集器；其中，

所述激光發射裝置，用于發射激光信號；

所述遠距離測量傳輸模塊，用于將所述激光信號經過所述反射鏡的中間通孔傳輸至所述非球透鏡；